CDIO理念下的食品化學實驗課程設(shè)計實踐
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【摘要】食品化學實驗是食品科學與工程和食品質(zhì)量與安全兩專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課和主干課程，如何提高學生的學習熱情、動手能力和創(chuàng)新能力一直是實驗教學面對的最大挑戰(zhàn)。本文結(jié)合cdio的教學理念和培養(yǎng)模式，提出以“系統(tǒng)型、創(chuàng)新性、能力型、自主型”的應用型人才培養(yǎng)目標，并以“學生為主、實踐相結(jié)合”的組織方式進行食品化學實驗教學模式改革和探索，從而達到在教學過程中培養(yǎng)學生自主學習能力、創(chuàng)新實踐能力、團隊協(xié)作精神、交流能力以及精細思維的教學效果。
【關(guān)鍵詞】食品化學實驗；教學模式；CDIO理論；創(chuàng)新能力
CDIO是構(gòu)思（conceive）、設(shè)計（design）和實現(xiàn)（implement）、運作（operate）的英文簡寫，由美國麻省理工學院、瑞典林克平大學、瑞典查爾姆斯技術(shù)學院、瑞典皇家技術(shù)學院等4所工程大學共同發(fā)起，23所來自全球各區(qū)域的大學參與，合作開發(fā)的一個國際工程教育合作項目，建立的一個新型的工程教育模式[1]。該模式主要以培養(yǎng)高水平應用工程師為目標，以先進科技為基礎(chǔ)，將教育教學過程融入到產(chǎn)品、系統(tǒng)生命周期的實際情境之中，強調(diào)實踐在工程教育中的重要性[2]。由于我國的傳統(tǒng)教育偏重于課本理論知識的教育，百分之九十以上學生很少有機會參與系統(tǒng)的有團隊協(xié)作的工程項目或者其他創(chuàng)新訓練項目，為此培養(yǎng)出來的學生在解決實際問題的能力方面往往表現(xiàn)欠佳。如何把以往的“知識儲備型學生”轉(zhuǎn)化培養(yǎng)為“創(chuàng)新實干型學生”，進而能夠培育出具備一定相關(guān)專業(yè)知識技能，同時有比較好綜合創(chuàng)新能力的應用型畢業(yè)生，使他們具備較強的創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作精神和精密思維的能力，這也是當前理工類高校亟待解決的教育改進問題，然而CDIO教育模式正是解決該問題可行的重要探索途徑[3，4]。食品化學是利用化學的理論和方法研究食品本質(zhì)的一門科學，即從化學角度和分子水平上研究食品的化學組成（七大類營養(yǎng)素、風味物質(zhì)、食品添加劑、酶、色素等）、分子結(jié)構(gòu)、物理化學性質(zhì)、營養(yǎng)性和安全性質(zhì)以及它們在生產(chǎn)、加工、儲藏和運輸過程中的變化及其對食品安全性和品質(zhì)的影響，屬于應用化學其中的一個分支[5]。食品化學實驗是基于食品化學理論知識的實際應用體現(xiàn)和驗證，是培養(yǎng)學生牢記理論知識和提高動手能力的良好平臺。2014年3月，教育部明確指出改革方向，以應用技術(shù)型為辦學定位，全國普通本科高等院校中，有600多所（約占1/2）被要求根據(jù)實際情況逐步向應用技術(shù)型大學轉(zhuǎn)變。我校2015年《韶關(guān)學院章程》文件中指出，將建設(shè)特色鮮明、優(yōu)勢突出的高水平應用型大學。要求應用技術(shù)型人才的培養(yǎng)過程中要特別注重解決實際問題的能力的培養(yǎng)。因此實驗課程更應在此時體現(xiàn)其不可或缺的作用。作為食品化學實驗任課教師或者教研團隊更應該嚴格要求自己，努力提高食品化學實驗教學模式，使其適應應用技術(shù)型人才的培養(yǎng)需求，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應用型高級人才。本文提出基于CDIO理念的《食品化學實驗》課程教學改革。主要從構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行四個方面系統(tǒng)地、積極的進行改革與探索，旨在提高我校食品化學實驗教學質(zhì)量。
1教學理念改革
當前我國高等教育的教師普遍存在授課模式單一、授課內(nèi)容偏向理論知識、缺乏與學生互動等教學問題，傳統(tǒng)教育模式過多表現(xiàn)出教師的主體性，然而學生的實踐操作能力和團隊協(xié)作能力都很難有機會得到提高[6]。CDIO教學模式對教師的教學能力和綜合能力有了新的要求，教師要做學習的引導者、課程的設(shè)計者和綜合的評估者，不再只是知識的講解者、傳播者和考核者[7]。從學生角度出發(fā)，我們更應該堅持“以學生為本”的教育理念，為學生自主發(fā)展創(chuàng)造條件和空間。課堂不能只是教師的課堂，應該把課堂還給學生，讓學生有從分的時間學習、思考、提問，真正體現(xiàn)出學生的課堂主體地位。因此，首先對實驗教學理念進行改革探索，要求教師先按照CDIO理念努力提升自身的綜合能力，并按要求在實際的教學過程中根據(jù)這一理念進行教學實踐。學生需要充分展現(xiàn)出CDIO教學的主體地位，廣學多識、多思考、多實踐，達到師生的融洽互動。從而將一味向?qū)W生灌輸食品化學實驗固定操作，改為引導學生培養(yǎng)良好的自主學習能力、實踐創(chuàng)新能力以及團隊協(xié)作精神等。
2實驗教學模式改革
CDIO理念下的實踐教學，應更加強調(diào)學生的構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運作的整個系統(tǒng)運作能力。因此教學團隊在實踐教學理念上更加強調(diào)學生在“做中學”，并且構(gòu)建了不同層次的實踐教學平臺，讓學生在實踐中學習，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和應用能力。2.1C實驗項目構(gòu)思實驗項目構(gòu)思是一個很重要的階段，如何在理論知識和生活實踐中幫助引導學生發(fā)現(xiàn)問題，確立合適的項目是基于CDIO的創(chuàng)新實驗平臺順利實施的關(guān)鍵[8]。實驗項目構(gòu)思的好壞取決于學生理論知識的接受、教師的引導和學生的社會實踐三個方面。為適應應用型人才培養(yǎng)和CDIO理念的需要，食品化學實驗項目改革尤為重要，在實驗條件滿足和教學大綱范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上，完善實驗項目，在教師和學生的共同參與下適當調(diào)整個別實驗項目，或是改進實驗方法，教師引導，學生根據(jù)上課所學和實習所見自主選擇。充分考慮與食品工業(yè)生產(chǎn)實際相聯(lián)系，以解決實際生產(chǎn)問題來構(gòu)思。例如：學生通過理論知識了解到果膠是一種天然高分子化合物，具有良好的膠凝化和乳化穩(wěn)定作用，廣泛應用于各類食品中，食用安全。然而學生們在實習過程中遇到不少果膠應用的例子，比如果凍的生產(chǎn)、糕點硬化的需要以及果醬等的制作。但是果膠生產(chǎn)的工廠確實比較少了解，因此對果膠產(chǎn)生了很大的興趣。經(jīng)資料查找和整理，發(fā)現(xiàn)不同果皮中果膠含量差別較大、果皮顏色也不一，最終選擇了“天然果膠的提取制備”實驗。另外，學生在上課過程中了解到，食用油除了可以食用外，還可以用來制作肥皂，但是又不是所有油脂都適用于肥皂的生產(chǎn)，因此對肥皂的制作格外關(guān)注，最終選擇“油脂水解、皂化實驗（肥皂的制作）”實驗。2.2D實驗方案設(shè)計實驗項目設(shè)計是實驗實踐的精髓，實驗效果、實驗技術(shù)、經(jīng)濟與否、保護環(huán)境以及社會需要均應該在設(shè)計過程中得到反映和體現(xiàn)。在實驗項目構(gòu)思好后，學生可以在原實驗講義和教師的引導下對實驗方案進行設(shè)計。首先學生需要清楚實驗目的、熟悉樣品的物理化學性質(zhì)，明確解決實驗的關(guān)鍵方法，明確設(shè)計思路，包括資料查找、整理→方案的初步設(shè)計→團隊討論→教師指導→方案優(yōu)化等過程。這些工作需要實驗團隊在教師的指導下合作完成。為了保證實驗的實施，實驗室設(shè)備種類、臺套數(shù)和場地的大小需要準確告知學生，教師需進行全面指導。要求盡量做到方法簡單、方便快捷、節(jié)約環(huán)保，實驗效果最好。例如：“天然果膠的提取制備”實驗中，為了使果膠的產(chǎn)量提高，首先把果皮切粒加熱鈍化果膠酶活性，準確調(diào)整溶液pH值。為了產(chǎn)品更純凈、減少提取步驟，將柚子先進行去皮處理，同時還可以為后續(xù)的脫色、脫脂省去大量時間，提高效率?！坝椭?、皂化實驗（肥皂的制作）”實驗中，為了得到更好的肥皂，需要根據(jù)不同油脂的硬度和皂化值進行計算得出最佳配比。同時確定最佳皂化溫度可以在提高效率的前提下，得到的肥皂既細膩，去污能力又強。2.3I實驗實施過程在順利完成實驗項目構(gòu)思和實驗方案設(shè)計階段后，充分利用實驗設(shè)備和實驗室其他條件進行實驗操作實施，主要包括學生預習情況抽查、設(shè)備熟練程度、關(guān)鍵操作步驟的探索與實施、實驗條件優(yōu)化，達到實驗目的。實驗實施過程是一個綜合考核團隊對前面設(shè)計階段的熟悉和檢驗是否可行的過程，是考驗團隊協(xié)作能力的過程。同時，也是提高學生系統(tǒng)開發(fā)制作能力的階段。首先，為了進一步鞏固和拓展團隊對實驗方案設(shè)計的熟悉程度，在實驗實施階段通過知識問答的形式鼓勵每個團隊查找資料，進一步系統(tǒng)的熟悉實驗重點知識。例如：實驗一“豆粕中蛋白的提取分離”中，提出“蛋白質(zhì)提取方法有哪些，并簡述各自原理及其優(yōu)缺點？并寫出一種與講義不同的工藝流程，及其所需試劑與設(shè)備的種類與用量？”，要求每個團隊（4人1小組為1團隊）根據(jù)集體所了解或者所查找到的資料進行解答。每個團隊積極參與，給出了不少不錯的答案。另外，在實驗項目實施的同時，要求每個團隊自己例舉實驗試劑和儀器清單，根據(jù)清單每個團隊自己完成實驗準備，大多數(shù)團隊能夠很好的完成，只有部分團隊會有少量儀器設(shè)備未能及時配備，影響了實驗的實施，這個過程是為了讓每個團隊養(yǎng)成獨立完成實驗的能力，培養(yǎng)學生的整體意識和創(chuàng)新意識。由于實驗中不少實驗細節(jié)是由學生團隊自己提出的，所以他們的興趣明顯提高，實驗中的設(shè)備也有提前主動去了解，因此實驗實施比較順利，也比較節(jié)約時間。很好的激發(fā)學生們的學習積極性。2.4O實驗結(jié)果展示相對于實驗來說，項目運行主要是實驗結(jié)果的展示，主要包括實驗報告的書寫和實驗成果的展示。普通的實驗結(jié)束后，會要求學生簡單完成實驗報告，但是本次實驗結(jié)束后不僅要完成實驗報告各部分內(nèi)容，還需要要求學生實驗成果拍照打印出來共展示。同時，將實驗過程中的材料也一并上交，包括問題解答、實驗設(shè)計清單等。本學期實驗完成后，通過筆試來完成最后的考核。通過多方面的綜合考慮來評價學生的實驗效果。
3改革成效與討論
實踐證明，基于CDIO理念下是食品化學實驗教學改革取得了良好的教學效果。學生調(diào)查表明，有超過95%的學生反映，在新的實驗教學模式下，他們自主學習食品化學實驗相關(guān)知識的能力大幅提升，自學能力和實驗綜合設(shè)計能力也得到極大的提高，同時以團隊模式的合作學習，使得同學們更加注重個人能力、團隊精神和精細思維的培養(yǎng)。CDIO四個教學階段的系統(tǒng)改革，使得學生清晰感受到獨立完成整個實驗過程的重要性，每個階段都是完成實驗過程的有機組合、缺一不可，可以很好的培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力。同時，在實驗改革過程中也遇到一些問題，需要以后進一步改進。例如，實驗構(gòu)思階段，這是一個集思廣益的階段，同時跟大家的所見所聞息息相關(guān)，因此要完全做到既滿足社會先進生產(chǎn)的需要，又能極大地激發(fā)學生的興趣難度較大，只能不停的改革跟進，做到與時俱進。再者，實驗設(shè)計階段，不少好的實驗設(shè)計因得不到的實驗設(shè)備的配置而不得止步，這些有待學校進一步完善。4結(jié)束語經(jīng)過近一年的食品化學實驗的探索與實踐，取得了良好效果。基于CDIO的實驗教學的改革與實踐不但明顯的促進了實驗教學質(zhì)量，還激發(fā)了學生對食品實驗課程的濃厚興趣。同時，培養(yǎng)了學生的整體意識，提高了學生的自主學習能力和團隊協(xié)作能力，多角度的培養(yǎng)了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。全面促進了學生實驗設(shè)計和實驗操作的能力，為配合高素質(zhì)應用型人才打下堅實基礎(chǔ)。因此，該實驗教學改革值得進一步的探索和推廣。
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作者:劉日斌 朱建華 葉俊 鄒秀容 單位:韶關(guān)學院英東食品科學與工程學院